Selbst ist das Molekül

Wenn Wissenschaftler Linien ziehen, wollen sie sich möglichst wenig Arbeit machen - das funktioniert am besten, wenn die Moleküle den Job selbst übernehmen

Neuigkeiten aus der Miniatur-Welt der Atome und Moleküle machen meist dann Schlagzeilen, wenn es Forschern gelingt, die Dimensionen ihres Forschungsgegenstands zu verringern. Klein, kleiner, am kleinsten, steht im Vordergrund.

Doch auch ohne diese Quasi-Vorgabe zu erfüllen, hat es die Arbeit eines Teams niederländischer Wissenschaftler nun in das Wissenschaftsmagazin Science geschafft: Sie beschreiben darin (doi: 10.1126/science.1133004), wie es ihnen gelungen ist, etwas zu vergrößern: Die Fläche einer Struktur nämlich, zu der sich die beteiligten Moleküle brav und selbstständig zusammengeschlossen haben. Immerhin mehrere Quadratmillimeter groß ist die Ordnung, die ohne menschliches Zutun zustande kam – zum Traum jeder Hausfrau reicht das noch nicht, aber angesichts der in der Mikroelektronik üblicherweise genutzten Flächen ist das ein ordentlicher Fortschritt.

Die Selbstorganisation erfolgt in zwei Schritten – das Ergebnis ist eine geordnete Struktur im Quadratmillimeterbereich (Bild: Hans Elemans)

Es kommt hinzu, dass nicht wie bei ähnlichen Versuchen große Polymermoleküle benötigt wurden: Die Forscher benutzten Porphyrin-Moleküle, ein bekannter chemischer Farbstoff. Daraus synthetisierten sie eine spezielle Verbindung (ein Trimer), die sich besonders gern zu Strängen anordnet.

Bringt man nun eine Lösung dieser Verbindung auf einer Oberfläche auf, entstehen im Laufe des Trocknungsprozesses ganz charakteristische Linien, die rund 4,5 Nanometer hoch sind und aus Millionen von Molekülen bestehen. Sie verlaufen parallel im Abstand von 650 Nanometern. Die genauen Dimensionen der Anordnung hängen unter anderem von der Menge der deponierten Lösung ab – damit bekommen die Techniker bereits ein Mittel in die Hand, die Ausprägung der Linien zu steuern.

Das Verfahren der niederländischen Forscher ist auch deshalb so spannend, weil es die Schaffung geordneter Strukturen erlaubt, ohne invasive Verfahren einzusetzen. Kratzen oder Ätzen sind überflüssig – das schont den Untergrund. Auch die erste praktische Anwendung ihrer Bautechnik haben die Wissenschaftler schon im Blick: Bei Flüssigkristall-Bildschirmen kommt es darauf an, die Flüssigkristalle möglichst gut auszurichten. Tatsächlich gelang es ihnen, mit Hilfe der Porphyrin-Strukturen LC-Moleküle zwischen Glasplatten zu periodischen Mustern anzuordnen, die allerdings immer wieder durch kreisförmige Strukturen unterbrochen wurden. Die Forscher hoffen, die lineare Ausrichtung etwa durch die Nutzung elektrischer Felder oder die partielle Erhitzung des Untergrunds mit einem Laser verbessern zu können.

Bei aller Freude über die neuesten Forschungsergebnisse: Mit von allzuviel Stolz geschwellter Brust sollten wir Menschen deshalb nicht herumlaufen. Die Natur benutzt die Selbstorganisation von Atomen und Molekülen (zum Teil mit ausgeklügelten Bauplänen in Form von DNS-Molekülen) bereits seit Jahrmilliarden, um beeindruckende Objekte zu erzeugen, die nicht nur Quadratmillimeter groß sind. (Matthias Gräbner)